IGCC电站设计集成与动态特性研究

　　“IGCC电站设计集成和动态特性研究”是国家“十五”863计划能源技术领域、洁净煤技术主题研究课题,由西安热工研究院有限公司负责,北京国电华北电力工程有限公司、中国科学院工程热物理研究所、清华大学、上海发电设备成套设计研究所、烟台IGCC电厂筹建处参与研发。整体煤气化联合循环发电(IGCC)是通过气化炉将煤炭气化为煤气,对煤气除尘、脱硫、净化,再送到燃气轮机转化为有效功输出;余热锅炉回收燃气轮机排气产生蒸汽驱动汽轮机做功,实现煤的洁净与梯级利用。目前IGCC电站的供电效率为42%~45%,单机功率可达300 MW以上。IGCC系统庞大复杂,组成设备众多,运行过程中各系统和设备互相牵制,互相影响,其系统特性比常规发电机组更为复杂。已投运的IGCC电站的调试和运行经验表明,系统设计对机组安全经济稳定运行至关重要。研究和掌握IGCC电站系统设计技术、运行优化技术、性能考核方法及设备维护管理方法、研发IGCC仿真机,将为我国IGCC电站的系统设计、方案选择、系统优化、启动调试、优化运行、验收试验、维修和管理提供技术支撑,是非常必要的。

　　1　主要研究内容和成果

　　1.1　IGCC电站系统设计集成

　　IGCC是把煤气化和燃气-蒸汽联合循环系统有机集成的一种洁净煤发电技术,典型的IGCC系统由以下子系统组成:

　　(1)煤气化　包括煤气化炉、煤的干燥与处理设备、给煤设备、高温煤气冷却器、低温煤气冷却器、排渣设备及系统等。

　　(2)煤气净化　主要设备有煤气除尘设备、煤气脱硫设备、煤气冷却器、煤气加热器、煤气饱和器等。

　　(3)空气分离　包括空气净化设备、主换热器、精馏塔、气体压缩机等。

　　(4)联合循环　包括燃气轮机、余热锅炉、汽轮机、凝汽器、除氧器等。

　　IGCC是一个多工艺过程高度集成的过程,其电站系统设计集成技术是借助先进的系统分析工具和图形化建模平台ASPEN PLUS开发IGCC电站设计集成系统,对IGCC发电系统建模,通过对整个系统的过程进行模拟,计算出系统的功率和效率,以及各关键点的参数。

　　首先建立IGCC子系统模块化模型,将复杂系统化整为零。根据系统的特点,IGCC系统流程可分解为:空气分离、煤气化、水洗、MDEA、CLAUS、煤气饱和、燃气轮机、蒸汽系统、废水处理等子系统。在IGCC子系统模块化模型的基础上,开发了IGCC电站热力系统设计集成系统,以及IGCC系统设计技术和集成软件,主要如下。

　　(1)完成了300 MW以上容量IGCC电站的自主设计技术,开发出了具有实用性和通用性特点的IGCC电站系统设计集成技术及设计软件包。实际应用表明,所开发的IGCC电站系统设计集成技术充分考虑了IGCC系统的实际因素,实现了联合循环动力子系统与其它子系统的紧密连接,能对不同的工艺技术进行优化集成设计,能对已有设计方案和系统进行校核,能分析电站系统整体性能参数与集成部件性能参数之间的关联关系,具备完善的IGCC电站系统设计功能。